شماره راهنما :
2275 دكتري
پديد آورنده :
ابراهيم پور درخشان، رضا
عنوان :
كنترل تاكسي هوايي شهري با در نظر گرفتن تغيير مركز جرم و اعمال محدوديت حركتي براي رديابي مسير
گرايش تحصيلي :
ديناميك، كنترل و ارتعاشات
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
دوازده، 95ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
كنترل پيشبين , ديناميك اكتاروتور هممحور , مركز جرم متغير با زمان , رديابي مسير , رويتگر اغتشاش , قيد حركتي , مد لغزشي ابرپيچشي , كنترل پسگام
تاريخ ورود اطلاعات :
1403/08/26
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1403/08/27
چكيده فارسي :
اين پژوهش، كنترل اكتاروتور هممحور براي رديابي مسير در حضور اغتشاشات خارجي و جرم متغير با زمان را مورد بررسي قرار ميدهد. ابتدا مدل ديناميكي سيستم با در نظر گرفتن عوامل اغتشاش مختلف و جرم متغير با زمان با استفاده از روابط نيوتن اويلر استخراج ميشود. سپس ساختار كنترلي دو حلقهاي بهصورت تودرتو براي حل مسئله رديابي مسير ارائه ميگردد. در طرح كنترلي ارائهشده، كنترلكننده پيشبين براي ديناميك وضعيت و موقعيت سيستم طراحي ميشود. براي بهبود عملكرد سيستم، رويتگر اغتشاش توسعهيافته طراحي ميشود كه با استفاده از آن، جبرانسازي پيشخور براي بهبود قابليت دفع اغتشاش در هر دو حلقه انجام ميگيرد. اثر جرم متغير با زمان كه منجر به تغيير مماناينرسي و مركز جرم كلي سيستم اكتاروتور ميشود، همراه با اغتشاشات خارجي و عدم قطعيتهاي پارامتري، بر روي شش درجه آزادي سيستم در نظر گرفته ميشوند و اين عوامل توسط رويتگر اغتشاش توسعهيافته بهصورت همزمان تخمين زده ميشوند. در اين حالت كنترلكننده پيشبين با كمك رويتگر اغتشاش توسعهيافته، اين اغتشاشات را جبران مينمايد. جهت محاسبه سرعتهاي زاويهاي روتورها، الگوريتم تخصيص كنترل مبتني بر بهينهسازي با قابليت در نظر گرفتن محدوديت سرعت روتورها ارائه ميگردد. سپس روش كنترلي ديگري براي اكتاروتور هممحور پيشنهاد ميشود كه در حلقه خارجي كنترل پيشبين موقعيت سيستم را كنترل ميكند و در حلقه داخلي كنترل پسگام زواياي وضعيت را پايدار ميسازد. علاوه بر اين، طراحي رويتگر اغتشاش ديگري مبتني بر الگوريتم مد لغزشي مرتبه دو ابرپيچشي انجام ميگيرد كه قابليت سيستم را براي مقابله با عوامل اغتشاش داخلي و خارجي افزايش ميدهد. در نهايت، اين رويتگر اغتشاش با روشكنترلي ارائهشده پيشبين-پسگام براي كنترل ديناميك شش درجه آزادي اكتاروتور هممحور مورد بررسي قرار ميگيرد. از سوي ديگر، با توجه به وجود قيدهاي حركتي در سامانههاي واقعي، براي محدود كردن حركت سيستم قيدهايي در نظر گرفته ميشوند. اعمال قيد بر روي وسيله هوايي ميتواند منجر به افزايش بار محاسباتي روش كنترلي شود. براي اين منظور، طراحي كنترلكننده در اين حالت به نحوي صورت ميگيرد كه بتوان با انجام محاسبات كمتر به اين هدف دست يافت. در ادامه كار، طرح كنترلي مبتني بر كنترل پسگام با روش پسگام انتگرالي در حلقه خارجي و روش پسگام ابرپيچشي براي همگرايي سريع پاسخ در حلقه داخلي ارائه ميگردد. طرحهاي كنترلي ارائهشده در حضور اغتشاشات خارجي و داخلي كلي با استفاده از شبيهسازي مورد ارزيابي قرار ميگيرند. نتايج شبيهسازيها توانايي راهبردهاي كنترلي ارائهشده را در رديابي دقيق و پرواز پايدار در شرايط مختلف حمل بار همراه با مقاوم بودن نسبت به عدم قطعيت و اغتشاش براي رديابي مسيرهاي مختلف نشان ميدهند.
چكيده انگليسي :
This research evaluates the control of a coaxial octarotor for trajectory tracking in the presence of external disturbances and time-varying mass. First, the dynamic model of the system is derived considering different disturbance factors and time-varying mass using Newton-Euler relations. Then, a cascade two-loop control structure is presented for the system to track the reference trajectories. In the presented control scheme, MPC is designed for the position and attitude dynamics of the system. An extended disturbance observer (EDOB) is designed in which feedforward compensation is performed to improve the ability to reject disturbances in both loops. The time-varying mass effect that leads to the change of the moment of inertia and the center of gravity of the system along with external disturbances and parametric uncertainties are considered in six degrees of freedom of the system simultaneously, and these factors are estimated by the disturbance observer. The predictive controller compensates for these disturbances utilizing the designed disturbance observer. To obtain the angular speeds of the rotors, an optimization-based control allocation algorithm is proposed that considers the speed limits of the rotors. Moreover, another control method is designed, which controls the position of the system adopting model predictive control in the outer loop and stabilizes its attitude angles uing backstepping control in the inner loop. To further enhance the ability of the presented control scheme in dealing with internal and external disturbances, the design of another disturbance observer is carried out, which is based on the super twisting sliding mode algorithm. Finally, this disturbance observer with the presented control method is employed to control the six degrees of freedom dynamics of the coaxial octarotor. On the other hand, to bring conditions closer to the real world, some constraints are considered to limit the movement of the system. For this purpose, the controller design is conducted in a way that reduces the computational complexity. In addition, a control scheme is presented based on backstepping control with integral backstepping in the outer loop and super-twisting backstepping approach for fast convergence in the inner loop. The proposed control schemes are validated in the presence of external and internal disturbances using simulation. The simulation results show the ability of the proposed control strategies in accurate trajectory tracking and ensuring stable flight under variations in the center of gravity, as well as their robustness to uncertainties and disturbances.
استاد داور :
سعيد بهبهاني , آريا الستي